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2018

Attrezzature e strumenti di produzione in fabbricaStrumenti stampati in 3D per una migliore ergonomia, velocità e complessità di progettazione

Le linee di produzione della fabbrica sanno che avere a disposizione le attrezzature e gli strumenti di produzione giusti consente di velocizzare la produzione e di conseguenza aumentare la produttività. Ma si tratta solo dell'inizio. Se gli strumenti sono ben progettati risultano anche più ergonomici e offrono maggiore sicurezza per i lavoratori e una produttività superiore oltre a consentire risparmi in termini di costi.

La lavorazione a macchina tradizionale produce strumenti costosi e pesanti che diventano un problema in quanto possono generare infortuni dovuti ai movimenti ripetitivi che erodono la produttività della linea a causa delle indisponibilità del lavoratore. La riprogettazione implica tempi più lunghi per le parti lavorate a macchina.

Sebbene attrezzature e strumenti di produzione siano essenziali per l'efficienza, la precisione e la sicurezza, spesso sono considerati un male necessario nel processo di produzione complessivo. Il problema è rappresentato dai tempi di costruzione di attrezzature e strumenti di produzione lavorati a macchina, a causa del design spesso complesso necessario per soddisfare le esigenze di parti specifiche.

Per completare il panorama della realtà dei reparti di produzione vanno aggiunti progetti complessi che non è possibile realizzare con i metodi tradizionali. Esiste tuttavia un modo migliore.

Attrezzature e strumenti di produzione stampati in 3D per il reparto di produzione possono ridurre i costi della fabbricazione dal 50 al 90%.

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BOOM SupersonicAttrezzature e strumenti di produzione sono gli elementi portanti del reparto di produzione dei jet supersonici

La mission di BOOM si racchiude in poche parole: rendere il mondo molto più accessibile grazie alla creazione di un velivolo che sia due volte più veloce dei velivoli in servizio oggi, in modo da rendere il mondo due volte più piccolo. Tuttavia, in un settore dove l'innovazione alimenta il successo, l'importanza della realizzazione degli strumenti per supportare progetti in rapida evoluzione può essere sottostimata. "È a questo punto che la stampante 3D mostra tutto il suo valore", afferma Ryan Bocook, tecnico di produzione.

La velocità è alla base di BOOM e la capacità di ridurre il tempo di progettazione grazie all'iterazione rapida di una parte implica la riduzione del tempo di lavorazione. Bocook sostiene che

"La fabbricazione additiva offre l'opportunità di progettare e creare uno strumento personalizzato in poche ore".Di recente BOOM ha realizzato una maschera di allineamento per il loro laboratorio Materiali e Processi per la realizzazione di campioni di test per il dimostratore supersonico XB-1. "Abbiamo realizzato delle guide di foratura complete di tasche per bussole di foratura e strumenti a sfera per posizionare le parti del velivolo con estrema precisione".

La realizzazione di attrezzature e strumenti di produzione con la fabbricazione additiva consente a BOOM notevoli risparmi in termini di costo. "Di recente ho ricevuto i preventivi da due officine per una piccola parte per uno strumento di assemblaggio. Entrambi superavano di 1.000 dollari per parte il costo della stampa 3D", racconta Bocook. "Per non parlare del tempo di lavorazione e di spedizione".

La realizzazione di strumenti con la fabbricazione additiva è il punto di forza di BOOM Supersonic oggi, ma il valore di tali strumenti va ben oltre il risparmio in termini di tempo e costi. Mentre non è possibile progettare parti complesse con la tradizionale lavorazione a macchina, per Boom invece l'unico limite è rappresentato dalla capacità di immaginazione. "Se possiamo pensarlo, possiamo stamparlo e provarlo", afferma Bocook.

"Se l'idea stampata in 3D funziona, è fantastico. Se non funziona, è possibile creare subito una nuova iterazione e stamparla di nuovo. È possibile apportare miglioramenti continui in modo rapido e semplice con costi, tempi e rischi minimi".

Ryan Bocook, tecnico di produzione di BOOM Supersonic

Il suggerimento di Ryan Bocook di BOOM:1. Molte officine limitano l'uso delle stampanti

3D utilizzandone solo alcune. "Si tratta di una soluzione controproducente. Lasciate che i team esplorino tutte le possibilità offerte dalla stampa 3D. Consentite l'accesso all'officina completa. Fate in modo che abbiano a disposizione materiale e tempo per utilizzare una determinata macchina. Scommetto che stamperanno oggetti in grado di rivoluzionare completamente l'approccio dell'azienda".

2. Scegliete la stampante 3D giusta. Tutti i vantaggi della stampa 3D, inclusi velocità, costo e iterazioni vengono perse se la stampante 3D risulta difficile da utilizzare o se richiede manutenzione costante. "Le macchine Stratasys di base non richiedono l'intervento dell'operatore e necessitano davvero di poco per essere sempre operative. Posso formare chiunque nell'officina e insegnargli a configurare e utilizzare le stampanti in modo che siano pronti a entrare in azione appena terminato il training".

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Ergonomia:Studio sui risparmi in termini di costiIl valore umano per un progetto eccezionale

Liberty Electronics, un'azienda appaltatrice che produce assiemi di fascia alta per i settori militare e aerospaziale in Pennsylvania, ha iniziato a stampare in 3D attrezzature e strumenti di produzione per risparmiare tempo e costi nella creazione di attrezzi personalizzati. Si è ritrovata così a salvare qualcosa con un valore ancora superiore: la salute e il sostentamento dei lavoratori.

Il valore di uno strumento progettato in maniera ergonomica è ovvio: un design migliore, la leggerezza e la capacità di progettare rapidamente strumenti personalizzati garantiscono una maggiore efficienza di produzione. Tuttavia, George Allman, supervisore tecnico della produzione di Liberty, sostiene che l'efficienza include non soltanto il tempo impiegato per la realizzazione di una parte, ma anche la fidelizzazione dei dipendenti.

L'azienda ha stampato in 3D uno strumento unico personalizzato specificamente per una dipendente, per consentirle di continuare il suo lavoro nonostante le sue difficili condizioni mediche. Il successo di questo strumento personalizzato ha fatto sì che Liberty riflettesse sul vero valore degli strumenti progettati in maniera ergonomica e stampati in 3D.

"Il nostro obiettivo è di fidelizzare i nostri dipendenti", afferma Allman. "Vogliamo consentire alle persone di lavorare in sicurezza e in modo continuo". L'azienda ha acquistato la prima stampante 3D nel 2013, una Stratasys uPrint SE™, aggiungendo subito una Fortus 380mc™ e una Objet30 Prime™. "I costi non si limitano al prezzo dell'infortunio in sé", racconta Allman, "bisogna pensare ai costi della produttività persa, del tempo perso e degli straordinari". Per Liberty, l'investimento iniziale nella stampa 3D è stato compensato rapidamente dai risparmi ottenuti mediante l'aumento della produttività, la fidelizzazione dei dipendenti nonché l'eliminazione dell'esternalizzazione.

Esempi di COSTI/RISPARMI DELLA STAMPA 3D DI LIBERTY

—Riduzione del tempo di processo per attività

~65%

—Aumento della produttività

300%

—Risparmio sui costi grazie alla parte stampata in 3D rispetto all'esternalizzazione

~85%

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Cummins supera i problemi relativi a ErgoNegli anni, Cummins Engines ha affrontato molte sfide nella realizzazione di strumenti, ma quella più grande è stata convincere le persone che si può progettare in maniera semplice. "La gente desidera prodotti sovraingegnerizzati perché non vuole vedere due volte lo stesso strumento. Una volta che è stato realizzato, vuole che sia più robusto di quanto non sia necessario", racconta Kendrick Knight, progettista degli strumenti di produzione di Cummins. La sovraprogettazione degli strumenti è un problema non solo in termini di tempo e di costo, ma genera strumenti più pesanti del necessario, che presentano un problema enorme in termini di ergonomia per l'azienda. "E l'ergonomia è una questione molto seria per Cummins, continua Knight.

La realizzazione di strumenti user-friendly è una questione così seria per Cummins, che è stata indetta una gara interna per i miglioramenti ergonomici. "Abbiamo chiamato questa competizione Ergo Cup", racconta Knight, "e il vincitore continua la gara con altre aziende nella Applied Ergonomics Conference, una competizione che ogni anno vede la partecipazione di aziende quali Honda, Toyota e Boeing". Negli ultimi quattro anni, lo Jamestown Engine Plant di Cummins ha concorso a livello nazionale per la Ergo Cup e la stampa 3D ha assunto un ruolo centrale nei loro strumenti.

L'ingresso più recente nella Ergo Cup di Cummins è un isolatore per i condotti di carburante stampato in 3D, una parte costosa da realizzare. "È difficile abituarsi a ciò che la stampa 3D è in grado di fare, dopo tutti questi anni di lavorazione a macchina tradizionale. Mi ci sto ancora abituando eppure lo faccio da qualche anno".

"Dopo aver stampato la prima versione della maniglia e dopo averla provata abbiamo trovato molte cose che desideravamo modificare". Knight ha utilizzato Jigs and Fixtures for GrabCAD Print™ per via dell'interfaccia utente semplificata. "Siamo in grado di impostarla sul riempimento rado", racconta Knight, dal momento che "sapevo che avremmo modificato la prima versione e in questo modo siamo riusciti a stamparla in una notte". Knight sostiene che la parte più entusiasmante della realizzazione di strumenti stampati in 3D sia la libertà di progettazione. "Siamo riusciti ad avere il risultato il mattino seguente ed è stato facile vedere cosa volevamo cambiare".

Isolatore per i condotti di carburante• Una nuova configurazione di isolatore

per condotti di carburante utilizza un isolatore tra due condotti.

• Il materiale dell'isolatore è rigido, per cui è difficile posizionarlo sui condotti di carburante.

• Problemi di Ergo: forza di presa eccessiva associata a mano/polso e avambraccio. Postura anomala di mano/polso.

• Problemi in termini di qualità: le ammaccature causate dal processo di installazione sono inaccettabili. Gli strumenti in metallo utilizzati per installare l'isolatore probabilmente sono la causa dei difetti.

La soluzione di Cummins

Passaggio 3: l'inserimento del primo tubo è completato

Passaggio 2: lo strumento e l'isolatore vengono pressati nel tubo. Le ganasce 3D agganciano il tubo e si aprono con l'isolatore. Nessuna parte di metallo dello strumento entra in contatto con il tubo del carburante

Passaggio 4: l'isolatore viene invertito e viene inserito un secondo tubo, completando l'attività

Passaggio 1: l'isolatore viene inserito nelle ganasce e afferrato con delle maniglie

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Ergonomia: lo stile EckhartMiglioramento della vita per la catena di montaggio

Eckhart, azienda leader nelle soluzioni industriali avanzate, lavora per migliorare la sicurezza, l'affidabilità e l'efficienza nella produzione. L'azienda, che ha sede in Michigan, aiuta settori diversi, dall'automobilistico agli OEM medici, a personalizzare le soluzioni per i reparti di produzione, creando soluzioni su misura studiate appositamente per le esigenze uniche di ciascun cliente.

"I nostri clienti desiderano soluzioni comprovate e resistenti; l'ambiente degli assemblaggi è un ambiente difficile", afferma Bob Heath, tecnico delle applicazioni di fabbricazione additiva. Le attività ripetitive possono essere particolarmente faticose per i dipendenti. "Questi strumenti vengono utilizzati 60 volte l'ora per un turno di 8 ore, con 3 turni al giorno, 6 - 7 giorni a settimana".Lavorare per alleviare il peso della ripetitività sull'operatore è uno dei modi in cui la stampa 3D viene utilizzata da Eckhart. La capacità di progettare strumenti personalizzati ed ergonomici che siano anche molto più leggeri degli strumenti progettati in maniera tradizionale è uno dei vantaggi del processo additivo di Eckhart. Ma l'odierno ambiente di produzione ha anche un altro problema, la mancanza di lavoratori esperti.

"La carenza di lavoratori esperti è un tema di cui sentiamo spesso parlare dai nostri clienti e parte del nostro lavoro consiste proprio nel risolvere questo problema", ci racconta Drew Morales, direttore dello sviluppo aziendale e dei sistemi di ingegneria. Gli strumenti stampati in 3D ci aiutano a fornire soluzioni che compensano la carenza di lavoratori esperti e "in quanto aumentano la capacità di un operatore in modo che uno solo abbia lo stesso valore di cinque "... continua Morales.

Parte del successo della stampa 3D di Eckhart è dovuta alla forza e alla versatilità dei materiali disponibili con le stampanti 3D Stratasys. "Grazie ai materiali di livello tecnico di Stratasys, quali la fibra di carbonio FDM Nylon 12™ e la resina ULTEM™ 1010, siamo in grado di produrre soluzioni resistenti e durature che possono sopportare e resistere le richieste stringenti di un ambiente automobilistico”, afferma Heath.

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Quando libertà di progettazione significa successoArrivare dove la fabbricazione tradizionale non riesce a spingersi

Quando il successo di un'azienda dipende dalla sua capacità di personalizzare rapidamente, la realizzazione di strumenti può diventare un ostacolo a causa dei tempi lunghi richiesti dalla loro realizzazione. Nova Tech Engineering, azienda produttrice di macchinari automatizzati per gli incubatoi avicoli di tutto il mondo, non aveva problemi con gli strumenti lavorati a macchina fino a quando non ha iniziato a crescere e ad aver bisogno della capacità di iterare rapidamente. La lavorazione CNC, lo stampaggio a iniezione o lo stampaggio RTV delle parti sono diventati troppo costosi per il team di progettazione, anche a causa delle continue variazioni geometriche dei loro prodotti.

Alcune parti complesse non possono sempre essere realizzate con lo stampaggio a iniezione, e Nova Tech ha trovato la soluzione a questa difficoltà nella stampa 3D. Ad esempio, il tempo e il costo della creazione di assiemi composti da 10 - 12 parti ammontava a quattro settimane e quasi 45.000 dollari. Con la stampa 3D, gli stessi assiemi possono essere realizzati in tre giorni a un costo di 1.500 dollari, con un risparmio rispettivamente dell'89% e del 97%.

"Spendevamo tantissimo tempo e denaro nella lavorazione meccanica di piccoli volumi di componenti, con effetti deleteri sulla nostra efficienza operativa generale".– Jacob Rooney, progettista meccanico

Per Nova Tech Engineering, i vantaggi della stampa 3D non si fermano qui. "Vi sono altri vantaggi come l'inventario digitale dei progetti CAD, la riduzione dell'esternalizzazione, la produzione just-in-time, l'eliminazione dei costi di attrezzaggio e la capacità di combinare i componenti", afferma Rooney.

Nova Tech ha acquistato le sue due prime stampanti 3D Stratasys principalmente per la prototipazione. Dopo l'acquisto, l'azienda ha acquistato un'altra stampante 3D per la pre-produzione e la fabbricazione. "Oggi usiamo queste stampanti per varie applicazioni, quali prototipazione rapida, creazione di stampi per pressofusione, termoformatura attrezzature e strumenti di produzione e per la produzione di parti finite", afferma Rooney.

Confronto tra la fabbricazione additiva e metodi tradizionali per Nova Tech

MetodoTempo di produzione

Costo

Stampaggio a iniezione

4 settimane $44,175

Fabbricazione additiva

3 giorni $1,490

Risparmio25 giorni (89%)

$42,685 (97%)

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Dall'idea alla realtà

Team Penske vince con la stampa 3D

L'attrezzaggio non è la prima cosa che viene in mente quando si parla di auto da corsa. Ma attrezzature e strumenti di produzione sono uno dei molti strumenti di Team Penske necessari per ottenere i risultati in pista. "La tecnologia ha un ruolo importante nelle corse oggi", racconta Tim Cindric, presidente di Team Penske.

La fabbricazione additiva "ci consente di utilizzare un tempo minimo per trasformare un'idea e portarla in pista nel modo più affidabile ed efficiente". L'aggiornamento e l'iterazione delle parti è uno degli elementi più importanti di un team vincente. Essere in grado di farlo rapidamente può facilmente diventare la differenza tra vincenti e perdenti. La riprogettazione del manico della sonda per carburante dell'IndyCar di Team Penske è un buon esempio di tutto questo. Questo strumento in precedenza era realizzato in alluminio. L'idea di creare un manico più leggero, ergonomico e semplice era già stata presa in considerazione ma, poiché mancavano solo pochi giorni alla Indy 500, non c'erano molte speranze di portare a termine l'impresa.

Tuttavia, Team Penske si è rivolta ai modelli in materiale composito e agli strumenti a perdere stampati in 3D. La partnership con Stratasys ha consentito a Team Penske di produrre sei nuove sonde in tempo per la gara. "Tutti i nostri componenti sono stati prodotti senza errori né problemi, cosa molto importante per il nostro processo di produzione", afferma Andrew Miller, tecnico dei materiali compositi di Team Penske.

1 Holtzman St., Science Park, PO Box 2496 Rehovot 76124, Israele +972 74 745 4000+972 74 745 5000 (Fax)

© 2018 Stratasys Ltd. Tutti i diritti riservati. Stratasys, il logo Stratasys, FDM, Fortus, Fortus 380mc, uPrint SE, Objet30 Prime e FDM Nylon 12 sono marchi di Stratasys Ltd. e/o delle sue società consociate o affiliate e possono essere registrati in alcune giurisdizioni. ULTEM è un marchio registrato di SABIC Innovative Plastics IP BV. Tutti gli altri marchi appartengono ai rispettivi titolari. Specifiche di prodotto soggette a modifica senza preavviso. Stampato negli USA. SB_FDM_JF5Solutions_0918a

Sedi principali di Stratasys 7665 Commerce Way, Eden Prairie, MN 55344+1 800 801 6491 (numero verde USA)+1 952 937-3000 (Int.)+1 952 937-0070 (Fax)

stratasys.com Certificazione ISO 9001:2008

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In meno di una settimana, MAHLE ha ricevuto, dall'altra parte del mondo, una parte riprogettata precisa in termini di dimensioni e stabile, un processo che con la fabbricazione convenzionale avrebbe richiesto tra le 4 e le 5 settimane. Grazie al consolidamento delle parti, l'interfaccia di contatto risultava continua e uniforme, che poteva essere replicata solo in uno strumento metallico a costi notevoli, consentendo dunque a MAHLE un risparmio pari a migliaia di dollari grazie alla stampa 3D invece della lavorazione CNC.

Processi più rapidi per tempi di completamento più veloci

Quando si parla di tempi di completamento dell'attrezzaggio, la velocità è un concetto relativo. Essere in grado di produrre una parte personalizzata in pochi giorni piuttosto che in settimane è una sfida che poche aziende possono gestire da sole, almeno all'inizio del loro viaggio nella stampa 3D.

Quando MAHLE, fornitore di parti per il settore automobilistico ha realizzato di avere solo una settimana per progettare, costruire e spedire in Corea del Sud uno strumento personalizzato, per mantenere le tempistiche si è rivolta a Stratasys Direct Manufacturing, in modo da ricevere supporto per lo sviluppo di un assieme HVAC per il settore automobilistico. Parte della difficoltà di questo particolare componente stava nel fatto che MAHLE desiderava consolidare questa parte da tre pezzi a uno. La fabbricazione additiva consente ai progettisti di liberarsi dai vincoli della fabbricazione tradizionale e ha consentito a MAHLE di fornire una parte allo stesso tempo robusta e precisa.

Stratasys Direct Manufacturing fornisce una soluzione completa alle aziende come MAHLE, con il loro team di esperti nella fabbricazione additiva e un'ampia gamma di tecnologie che possono rappresentare la risposta giusta in caso di tempistiche strette.

Velocizzazione del time-to-market